機械結構優化設計應用與趨勢

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摘要:在機械結構設計中，優化設計是十分重要的內容，計算機作為基礎的優化設計工具，結合規劃理論內容，對機械設計約束條件進行分析，從而找到最優的設計方案，提升機械結構設計的質量。合理的機械結構設計能夠解決多樣化問題，提升機械性能。本文對機械結構優化設計應用進行分析，并探究其發展趨勢，旨在探尋最佳機械結構設計方案，最大化發揮機械功能作用。

關鍵詞:機械結構;優化設計;應用;趨勢

機械生產企業想要提升市場競爭力，需加強產品優化設計和研發，加強產品性能，并及時更新換代。隨著市場快速發展，單一化生產模式逐漸轉變為多樣化生產方式，通過優化機械結構設計，可以有效降低產品成本，并縮短生產周期，提升企業的市場占有率，在滿足市場需求同時提升企業自身競爭力。

一、機械結構優化設計應用現狀研究

隨著社會發展需求變化以及科學技術發展，市場對產品的需求種類和質量要求有很大提升，各個企業都在加強自主創新，產品更新換代速度較快，多品種化的生產模式成為了市場主流。企業為了能提升市場占有率，不僅需考慮產品制作成本，還需考慮生產周期，因此，需從機械結構設計方面著手，提升生產效率?？茖W優化機械結構設計，通過改變結構形式增強機械功能，可以幫助企業快速的攻占市場，縮短生產周期，提升產品質量，滿足市場的需求。機械功能優化設計從上世紀就已經被提出，其屬于一種新型的學科，是將優化理論與結構設計相結合，結合生產實際在多個方案中選擇最為科學合理的設計方案，保障機械結構質量有所提升。在我國建筑行業、交通、冶金以及航空等領域中優化設計被廣泛應用，其社會經濟效益顯而易見。因此，機械結構優化設計的應用具有廣闊的前景，需要專業人員加強技術研究和掌握［1］。

二、機械結構優化設計類型分析

(一)結構拓撲優化。在一般情況下，普通機械結構優化設計主要是對結構參數進行優化，對零件拓撲結構的關注度不高。隨著市場需求變化，人們對機械產品優化意識有所提升，對產品的設計理念關注度較高，對機械結構優化需求也更加嚴格和規范，拓撲優化是十分重要的環節，其屬于幾何學的分支之一。(二)結構形狀優化。優化機械結構設計的目的是提升機械性能，提升產品生產效率。在優化設計應用過程中，需對零件結構進行科學優化，但與此同時，會衍生而來很多相關的設計問題，例如:結構形狀較為復雜、結構種類較多、對結構分析較為困難等。由此可見，優化結構十分必要。在上世紀末，我國機械領域緊隨國際步伐，對結構形狀的優化設計進行研究。主要是對軸對稱零件形狀優化設計、機械人結構形狀優化設計等，通過對零件性能的分析研究，可以合理優化結構形狀，如下圖所示。(三)系統結構動態優化設計。機械產品的性能動態會對結構設計強度以及機械壽命產生一定影響，因此，需優化結構的動態性能，從而實現機械結構的合理優化設計。結合對機械結構動態性能過程的分析和研究，對于大型機械結構來講，動態結構分析作用較大，需全面搜集機械相關信息，了解生產需求，從而使設計更加科學合理［2］。(四)多結構優化設計。機械結構優化設計不僅需要對優化預期結果進行評判，還需要明確優化設計的目標，從整體上構思機械結構，促進結構優化設計的系統化發展。MDO理論為一種新型結構優化理論，其被廣泛應用于機械結構優化、衛星總體設計、機器人優化設計等領域中，為優化設計提供了理論保障和基礎，使產品質量大大提升，生產效率也有所提升，在機械結構優化中發揮重要作用。

三、機械結構優化設計趨勢探究

合理優化機械結構設計能夠有效提升企業生產效率，縮短生產工期，從而提升企業市場占有率和競爭力。隨著科學技術更新發展，各類分析法被應用于優化設計中，計算機結構和應用條件也發生很大的改變，相關學者對機械結構優化設計的關注度有所提升。有限元分析是較為常見的分析法，其通過對物體及系統進行動靜態分析，將其分解為相互關聯的幾何模型，通過預處理和分析優化機械結構。在國際范圍內，相關學者對機械結構優化設計的探究從未停止。隨著市場競爭的日益激烈，產品更新換代較快，機械結構優化設計優勢十分凸顯，可以從以下幾個方面進行探究思考:首先，在對機械結構優化設計過程中需對多個問題進行深入思考和分析，如:可以或者不可以用數學方式表示的問題、處于經驗和知識描述之間的問題等，針對模型設計對問題進行求解，對機械隨機變量進行優化設計，分析機械實際的情況，研究其隨機因素，優化設計這些變量，從而提升機械性能。隨機變量設計優化主要是通過確定變量，建立隨機的目標函數，結合模型設計，求出最合理的解。對模糊變量進行合理分析和優化設計，加強系統優化全面性。在機械結構設計中常出現非光滑現象，此種現象需進行優化設計，對于一些目標函數以及約束函數來講，在優化求解過程中會產生很多問題，解答過程也相對較難，通過非光滑問題的優化設計可以有效解決此類問題，其包含了非光滑以及特殊優化兩個技術層面。通過優化設計系統設計決策能力以及處理能力都會有所提升，從而快速完成圖形輸出以及方案設計等任務;其次，通過多學科結構優化設計，探索集成尋優以及數據管理分析等，形成禍合子系統，從而使機械結構系統能夠互相左右［3］。

四、結語

綜上所述，機械結構設計優化是現代設計主要的組成部分之一，合理的設計優化方案可以提升企業生產效率和產品質量。作為一種新型設計方式，機械結構優化設計為企業拓展了發展空間，使企業市場競爭力大大提升，為產品質量提供更加全面的保障，值得在各領域中進一步推廣和應用。

參考文獻:

［1］房燦．機械結構優化設計應用與趨勢研究［J］．科技創新與應用，2016．

［2］楊天平，唐宏．機械結構優化設計應用與趨勢分析［J］．電子制作，2013．

［3］張鐘文．試析機械結構優化設計的應用及趨勢［J］．裝備制造技術，2016．261

作者:何海申 單位:斗山工程機械(中國)有限公司